Grafting organic thin films for the lubrification of electrical contacts

par Alessandro Benedetto

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Chimie. Physique

Sous la direction de Pascal Viel.

Soutenue en 2008

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Tribologie (technologie)
• Surfaces (technologie) -- Analyse
• Lubrification

Résumé

Au cours de cette thèse a été étudié le rôle de films minces organiques immobilisés comme lubrifiants pour les contacts électriques. Les films minces ont été électrogreffés sur or qui est un métal couramment utilisé comme revêtement métallique final de certains connecteurs électriques bas-niveau. Les films étudiés appartiennent à deux familles : les poly(methacrylate)s obtenus par électrogreffage cathodique et des films de type poly(phenylene) obtenus par la réduction électrochimique de sels de diazonium aromatiques. Des films composites de poly(methacrylate) électrogreffés avec des nanotubes de carbone ou des polymères conducteurs ont été aussi réalisés. D’abord le comportement électrochimique des molécules de départ puis le greffage électrochimique des films ainsi que leur propriétés physico-chimiques ont été étudiés. Ensuite des tests tribologiques et électriques ont été effectués sur les substrats fonctionnalisés pour étudier l’effet lubrifiant des films organiques et la résistance électrique du contact ainsi protégé. Les recherches effectuées au cours de cette thèse ont mené à l’identification des films minces électrogreffés qui réduisent efficacement le frottement et l’usure des substrats métalliques en préservant des résistances électriques de contact satisfaisantes du même ordre qu’un contact direct or/or.

Résumé

In this thesis thin organic grafted films have been studied as lubrifiant for electrical contacts. Thin film were electrografted on gold which is currently used for the final metallic layer of some common low-level electrical connectors. Two families have been studied : the cathodic electrografted poly(methacrylate)s and the poly(phenylene)-like films obtained by the reduction of aromatic diazonium salts. Composite films have also been fabricated between the electrografted poly(methacrylate) and carbon nanotubes or conducting polymers in order to ameliorate electrical conduction properties. First the physical chemistry properties of the film have been studied and in particular the electrochemical behaviour of the molecules used as building blocks, the electrochemical grafting of the molecules used as building blocks, the electrochemical grafting of the films and the film surface physical chemistry properties. Then tribological and electrical tests were effectuated to study the lubrication effect obtained upon substrate functionalization by the organic films and their effect on the contact electrical resistance. The researches effectuated during this thesis allowed for the identification of thin electrografted films capable of effective reduction of friction and wear of gold substrates preserving low electrical resistances.